感應(yīng)加熱是對鋼棒進(jìn)行穿透式加熱淬冷，并隨之進(jìn)行感應(yīng)加熱透熱高溫回火，可在連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線上完成的調(diào)質(zhì)工藝，已經(jīng)被越來越多的應(yīng)用到各行各業(yè)。這種工藝方法對各類中碳鋼（包括低合金鋼）的中小截面尺寸的棒材、管材、軸類零件均適用，具有生產(chǎn)效率高，能耗低，無脫碳氧化，不污染，生產(chǎn)過程極易自動(dòng)化等特點(diǎn)，特別適于批量生產(chǎn)。為此，我公司引進(jìn)新型連續(xù)式感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)線以滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，擴(kuò)大產(chǎn)品覆蓋范圍。由于前期沒有相關(guān)的感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)工藝數(shù)據(jù)，本文通過對42CrMoS4棒材的調(diào)質(zhì)工藝試驗(yàn)及組織性能分析確定了熱軋棒材的感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)工藝。
1.感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)設(shè)備
東北特鋼大連基地引進(jìn)ELOTHERM公司小棒材感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)線，可處理規(guī)格Φ20～Φ160mm。整條線共有五組線圈，分別由五個(gè)完全獨(dú)立調(diào)節(jié)的變頻模塊進(jìn)行多區(qū)控制。每個(gè)區(qū)的最后一組都是作為一個(gè)保溫區(qū)，以獲得更好的奧氏體化效果。鋼材冷卻系統(tǒng)采用水冷，由5個(gè)淬火水環(huán)及一個(gè)直線性切斷噴頭組成。鋼材淬火、回火全過程由連續(xù)式斜面輥道進(jìn)行單只連續(xù)傳輸，鋼材自旋轉(zhuǎn)式前進(jìn)，可以保證鋼材加熱、冷卻的均勻性，得到更好的平直度。
2.試驗(yàn)工藝
本節(jié)介紹的試驗(yàn)鋼種為東北特鋼大連基地生產(chǎn)的42CrMoS4熱軋棒材，分別選用Ф32mm、Ф65mm兩個(gè)規(guī)格。生產(chǎn)工藝流程為：連鑄坯→加熱→軋制→矯直→感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)→檢驗(yàn)→探傷→成品。鋼材成分見表1。
表1 42CrMoS4化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
鋼材調(diào)質(zhì)前狀態(tài)為熱軋態(tài)，42CrMoS4為亞共析鋼，42CrMoS4鋼Ac3溫度約為780℃，常規(guī)熱處理選取淬火溫度一般為850～860℃。但在感應(yīng)加熱中加熱速度非常快，其臨界點(diǎn)Ac3隨加熱速度的增大而升高，而且我們要考慮奧氏體化的充分性，應(yīng)適當(dāng)提高加熱溫度。根據(jù)鋼材標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能要求，既要有一定的強(qiáng)度、硬度，又要有良好的塑性及沖擊韌度，確定鋼材回火溫度應(yīng)為高溫回火，希望得到更多的回火索氏體。所以我們試驗(yàn)設(shè)定感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)工藝見表2，我們在已調(diào)質(zhì)的鋼材上取樣檢測縱向力學(xué)性能，截取位置為距表面12.5mm處，取樣兩支，檢驗(yàn)結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)要求見表3。
表2 42CrMoS4感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)工藝
表3 力學(xué)性能指標(biāo)及檢驗(yàn)結(jié)果
3.組織性能分析
從試驗(yàn)結(jié)果來看，力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，Ф35mm由于規(guī)格較小，在淬火過程中全截面都可以達(dá)到很快的冷卻速度，我們?nèi)∑湔{(diào)質(zhì)后半徑1/2位置的金相組織（如圖1所示），我們可以得到較為均勻的回火索氏體組織，未見貝氏體組織及塊狀鐵素體出現(xiàn)。對于Ф65mm規(guī)格我們?nèi)臃謩e觀察鋼材橫截面上不同位置的金相組織，靠近表面位置為比較均勻的回火索氏體（距表面距離≤15mm以內(nèi)），如圖2所示。
隨著距表面距離的增加逐漸有貝氏體出現(xiàn)，圖3為距表面16mm處組織，回火索氏體＋少量貝氏體組織，圖4為距表面25mm處組織，回火索氏體＋貝氏體＋少量鐵素體。由于鋼材在淬水冷卻過程中隨著鋼材橫截面深度的增加，冷卻強(qiáng)度逐漸下降，越往心部冷卻速度越慢，當(dāng)小于馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度就會(huì)析出貝氏體。
如圖5所示，42CrMo鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線可以看出，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變同時(shí)存在珠光體區(qū)和貝氏體區(qū)，但貝氏體區(qū)超前于珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)。在設(shè)備現(xiàn)有冷卻條件下，小直徑棒材連續(xù)冷卻過程中心部不會(huì)有先共析鐵素體析出，因此圖4中的鐵素體相是由于加熱過程中心部位置加熱保溫不足造成的，從鐵素體分布情況也可以做出明確判斷。但總體來說不論從力學(xué)性能檢測情況及金相組織情況來看，均可以滿足性能要求。
圖1 1/2R區(qū)域（500×）
圖2 近表面區(qū)域（500×）
圖3 距表面16 mm區(qū)域（500×）
圖4 距表面25mm區(qū)域（500×）
圖5 42CrMo CCT曲線
4.結(jié)語
（1）對于感應(yīng)加熱淬火＋回火連續(xù)熱處理線，由于其加熱的物理特性均可以達(dá)到很快的加熱速度，我們需應(yīng)采用比傳統(tǒng)加熱方式更高的淬火及回火溫度，當(dāng)采用不同的加熱速度時(shí)也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。
（2）對于試驗(yàn)的Φ65mm規(guī)格熱軋材，從表面到心部逐漸出現(xiàn)貝氏體，少量塊狀鐵素體，是因?yàn)槔鋮s強(qiáng)度不夠及加熱保溫不足造成的，但鋼材調(diào)質(zhì)性能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)材料提出更高的力學(xué)性能要求，我們可通過適當(dāng)提高冷卻強(qiáng)度或適當(dāng)降低鋼材通過速度來延長鋼材保溫時(shí)間以獲得更好的金相組織及綜合力學(xué)性能。
（3）我們目前制定的感應(yīng)加熱調(diào)質(zhì)工藝完全可以滿足產(chǎn)品的力學(xué)性能要求。
作者：郭東旭，王海巖，郭書奇
單位：東北特鋼集團(tuán)大連特鋼技術(shù)中心
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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